АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Устройство и работа автоматов регулирования продольного управлений.

Характеристики продольной управляемости самолета существенно меня­ются по режимам полета. Особенно сильно они зависят от скорости 236

и высоты полета. При ручном управлении самолетом пилоту приходится учитывать эти факторы, прикладывая различные усилия к колонке штур­вала на различных режимах полета. На больших скоростях полета вследст­вие увеличения эффективности руля высоты эти усилия должны быть незначительными. На малых скоростях полета вследствие уменьшения эффективности руля высоты эти усилия возрастают. Автоматы регулирова­ния продольного управления служат пилоту для облегчения управления самолетом.

Автомат регулирования продольного управления (АРУкш „)- средство автоматического управления, обеспечивающее постоянство статических характеристик продольной управляемости самолета на всех этапах и во всех режимах полета путем регулирования значения коэффициента штур­вала руля высоты при изменении режима полета.

Автоматы регулирования продольного управления могут представлять собой автономные средства с собственным сервоприводом, изменяющим кинематику механической проводки управления рулем высоты. Возможно также построение автомата на базе автомата продольной управляемости, тогда собственного сервопривода автомат не имеет и кинематики механи­ческой проводки не меняет.

Рассмотрим первый вариант АРУ. Основными параметрами, характе­ризующими изменение режима полета самолета, являются скоростной напор q, приборная скорость Vnp и высота полета Н. В аналоговых автоматах регулирования продольного управления обычно реализуется простейшая зависимость коэффициента штурвала кш, в от приборной ско­рости

(7.60)

где km. B(Vnp) = <

Зависимость коэффициента штурвала кш, в от приборной скорости пока­зана на рис. 7.20. На малых приборных скоростях полета вплоть до значения V™" выдерживается максимальное значение коэффициента штур­вала кщав. Затем следует участок линейного уменьшения коэффициента штурвала до минимального значения к™в на скорости V™*. Это значение коэффициента штурвала выдерживается на больших приборных скоростях полета.

В состав автомата (рис. 7.21) входят система воздушных сигналов СВС как датчик приборной скорости, вычислитель В и сервопривод коэффи­циента штурвала С/7кшв. Вычислитель и электронная часть сервопривода образуют электронный аналоговый блок автомата БА в канале регули­рования коэффициента штурвала рулей высоты. Исполнительным устрой­ством сервопривода служит электромеханизм вращательного действия

МВДкш„, который управляет кине­матическим механизмом изменения коэффициента штурвала руля высоты КМктъ.

Автомат регулирования продоль­ного управления работает следую­щим образом. На малых приборных скоростях полета во взлетно-посадоч­ных режимах, когда эффективность отклонения руля высоты сравнитель­но мала, выходное звено электроме­ханизма находится в крайнем выдви­нутом положении, обеспечивая с по­мощью кинематического механизма КМкш в максимальное значение ко­эффициента штурвала руля высоты." Это достигается соответствующим соотношением длины плеч в кинемати­ческой передаче от колонки штурвала КШ к механизму загрузки МЗ и рулевому приводу руля высоты РПЬВ.

Максимальное значение коэффициента штурвала руля высоты сохра­няется ВПЛОТЬ ДО определенной приборной скорости Vnp” , при превышении которой АРУ начинает отработку. Сигнал, пропорциональный приборной скорости Vnp, поступает в вычислитель, который проверяет выполнение условия Vnp ^ V”pn и вырабатывает управляющий сигнал ив на вход сервопривода, пропорциональный разности (V„p — Vnp")- Так как скорость изменяется сравнительно медленно, отработка управляющего воздействия осуществляется достаточно медленнодействующим электроприводом, вли­янием которого на динамику управления можно пренебречь.

Когда сигнал обратной связи и0. с с датчика позиционной обратной связи ДОС уравновесит на входе сумматора С сервопривода управляющий сигнал ив, отработка прекратится. Выходное звено МВДкт в займет новое

Рис. 7.21. Функциональная схема аналогового автомата регулирования продольного управления, включенного в бустерную систему управления рулем высоты

 

положение, обеспечивая с помощью кинематического механизма КМкт й меньшее плечо в кинематической проводке к рулевому приводу и соответ­ственно меньшее значение коэффициента штурвала руля высоты. Руль высоты и колонка штурвала при этом остаются неподвижными, а меняется лишь кинематика механической проводки управления.

По мере увеличения приборной скорости до определенного значения VHT, когда эффективность отклонения руля высоты повышается, выходное звено электромеханизма МВДкш.„ постепенно перемещается в крайнее убранное положение, обеспечивая минимальное значение коэффициента штурвала руля высоты. Дальнейшее увеличение скорости не вызывает воздействий на кинематику проводки управления рулем высоты. Управ­ление пилотом рулем высоты через контур ручного управления (сигнал Д8£) и управление автоматикой через контур автоматического управления (сигнал Д8В) осуществляются обычным образом.

Разновидностью автомата регулирования продольного управления с собственным сервоприводом, воздействующим на кинематику механи­ческой проводки, является автомат, осуществляющий регулирование коэф­фициента штурвала руля высоты в функции эквивалентного отклонения руля высоты при горизонтальном полете Д8ВКВ • Это эквивалентное откло­нение вычисляется как сумма угла отклонения стабилизатора Дф, приве­денного к рулю высоты, и угла отклонения самого руля высоты Д8В от положения горизонтального полета. Выделение значения эквивалентного отклонения руля высоты, соответствующего горизонтальному полету, из текущих значений Л§в и Дф осуществляется по информации об угловой скорости тангажа. При coz = 0 (отсутствие маневра) Д8В и Дсрст соответст­вуют горизонтальному полету.

Такой АРУ вместо датчика приборной скорости-системы воздушных сигналов СВС — содержит датчик угловой скорости тангажа ДУС, датчик положения стабилизатора Д77<р и датчик положения руля высоты Д776в (на рис. 7.21 показаны штриховой линией). Выработка вычислителем управ­ляющего сигнала ив производится в функции сигналов иШі, ид,, и ид5_. При

иШг ф 0 (наличие маневра) выходное звено электропривода не воспроизво­дит изменения значений Д8В и Дф, вызывающих указанный маневр, а запо­минает значения, предшествующие маневру. Запоминание осуществляется с помощью функциональной ячейки вычислителя, которая, запирая прямой тракт привода, останавливает выходное звено исполнительного механизма при наличии угловой скорости тангажа coz ф 0. При иЮі = 0 любые изме­нения Л5В и Дф, а соответственно сигналов и идф преобразуются автоматом в пропорциональное этим изменениям перемещение выходного звена исполнительного механизма и соответственное изменение коэффи­циента штурвала руля высоты.

Автомат регулирования продольного управления на базе автомата продольного управления не воздействует на кинематику механической проводки руля высоты. Этот автомат обеспечивает изменение переда­точного коэффициента по отклонению колонки штурвала "кх> автомата

77— V При 17ЛІ1П “к *

Рис. 7.22. Зависимости скоростного напора от приборной скорости (а) и передаточ­ного коэффициента по отклонению колонки штурвала от скоростного напора (б)
при
где я
Qconst
V	V

1 1ҐІ&Л min

при q < q ;

/і тах___ ^min

к““ — —- hJ (qI — qmi") при qmin «: я Ч’“;

mm r, max у”1", у”’, ‘ ”’П. ’к™Х ~ постоянные значения параметров и коэффи-

Зависимости q — f(Vnp) и кх> = f(q) имеют нелинейный вид (рис. 7.22).

Так как автомат продольного управления включается в механическую проводку бустерной или электродистанционной системы управления по последовательной схеме, то полное отклонение руля высоты пилотом и автоматикой

Д8В = Д85 + Д8ВПУ = кш. вДхв + kx_(q) Дхв = [кш. в+ кх>^)]Дх_ = k^.fqJAx,,

где k^Jq) = к^, + kjjq).

Таким образом осуществляется регулирование коэффициента штурвала руля высоты без изменения кинематики механической проводки.

В цифроаналоговых АРУ на базе АПУ все расчеты осуществляются 240

в цифровом вычислителе, а сервоприводом руля высоты служит серво­привод электродистационной системы управления.

Разновидностью автоматов регулирования продольного управления является автомат регулирования продольной загрузки (АРЗ) — средство авто­матического управления, обеспечивающее стабилизацию характеристик продольной управляемости путем регулирования коэффициента усиления проводки управления рулем высоты по усилию при изменении режима полета.

При этом реализуется зависимость коэффициента к^‘ от приборной скорости либо скоростного напора и высоты:

= к£(Упр). (7.62)

Причем функция kx‘(Vnp) аналогична функции кш B(V„P), представленной (7.60). ‘

Изменение коэффициента усиления проводки управления рулем высоты по усилию ведется таким образом, чтобы градиент усилий на колонке штурвала по перегрузке оставался постоянным. Это позволяет увеличить загрузку управления для сохранения ощущения скорости полета по усилию на колонке штурвала.

Функциональная схема АРЗ продольного управления отличается от функциональной схемы АРУкшв, представленной на рис. 7.20, тем, что электромеханизм МВД воздействует на кинематический механизм загру — жателя М3 без изменения кинематики проводки управления от колонки штурвала к рулевому приводу руля высоты. Работа АРЗ аналогична работе АРУкш. в.

Влияние автоматов регулирования продольного управления на характе­ристики управляемости самолета. Статические характеристики продольной управляемости самолета-градиенты перемещения и усилий на колонке штурвала по перегрузке согласно (3.70)-(3.73) зависят от коэффициента

штурвала кш. в, градиента усилий на штурвале по перемещению Р — и гра­диента руля высоты по перегрузке 5Величину, обратную градиенту 8”у, называют коэффициентом усиления по перегрузке

Этот коэффициент показывает, какую нормальную перегрузку получит самолет при отклонении руля высоты на 1°. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, этот коэффициент меняется в зависи­мости от режимов полета следующим образом:

m°-Sba
(xF — xT)mg

к к8* ЛШ. в ЛП

Подставив выражения (7.63) и (7.64) в выражения (3.70) и (3.73), получим:

Таким образом, градиенты перемещений и усилий на колонке штурвала по перегрузке прямо пропорциональны запасу устойчивости по перегрузке (Хр — хт), а также массе самолета т и обратно пропорциональны произ­водной коэффициента момента тангажа по отклонению руля высоты £

тв — и скоростному напору q. Наиболее существенно в течение полета, меняется скоростной напор. Соответственно меняются и градиенты ХИ”

и PS». Это показано, в частности, в примере 2.

Для обеспечения постоянных значений этих градиентов необходимо менять коэффициент штурвала кш „ обратно пропорционально изменению

коэффициента усиления самолета по перегрузке к,,*, а следовательно, обратно пропорционально скоростному напору q. Эту задачу и решает автомат регулирования продольного управления. При этом обратно про­, /’О „ „

порциональная зависимость кщв = и — I аппроксимируется линеинои зави-

q7 .

симостью (7.60), пересекающей параболу в точках qmln и qma* либо в точках

V™" и V™px. Подставим в выражения (7.65) и (7.66) значение кш. в = —. Тогда

градиенты перемещения и усилий на колонке штурвала по перегрузке перестают зависеть от скоростного напора.

Аналогичным образом можно показать благоприятное влияние ав­томата регулирования продольного управления на градиенты перемещения и усилия на колонке штурвала по скорости хв и Р,’. Рассмотрим влияние автомата регулирования продольной загрузки на статические характе­ристики продольной управляемости. Коэффициент усиления проводки управления рулем высоты по усилию есть величина, обратная градиенту

усилий на колонке штурвала по перемещению Рв*. Тогда выражение (7.66) можно представить следующим образом:

Для обеспечения постоянного значения градиента Рвг по режимам полета в связи с зависимостью к!” от скоростного напора q необходимо

D Г

изменять коэффициент к^‘ обратно пропорционально изменению скорост — 242
ного напора. Эту задачу решает автомат регулирования загрузки. При этом коэффициент штурвала кш. в остается неизменным.

Влияние отказов и характеристик элементов автомата регулирования продольного управления на управление продольным движением. Пассивный отказ автомата приводит к прекращению регулирования коэффициента штурвала руля высоты по режимам полета. Если такой отказ происходит на взлетном режиме, то весь последующий полет пилот выполняет с боль­шим значением коэффициента штурвала. Поэтому на больших скоростях пилоту трудно соразмерить величину перемещения колонки штурвала с реакцией самолета. Небольшие перемещения колонки штурвала создают чрезмерно быстрое изменение перегрузки, что заставляет пилота отклонять колонку штурвала в обратную сторону. При этом создается опасность непроизвольной раскачки самолета.

Если пассивный отказ происходит в крейсерском режиме на большой скорости, то весь последующий полет пилот выполняет с малым значением коэффициента штурвала. Поэтому на малых скоростях при заходе на посадку маневренные возможности самолета существенно ограничены. Значительные перемещения колонки штурвала создают чрезмерно малое изменение перегрузки, что затрудняет вывод самолета на посадочный угол атаки и создается опасность грубой посадки. Поэтому обычно в АРУ предусматривается возможность ручного управления изменением коэф­фициента штурвала до взлетно-посадочного значения от аварийного тумблера. При этом пилот переходит на непосредственное управление исполнительным механизмом автомата, формируя постоянный управляю­щий сигнал на вход его сервопривода.

Активный отказ автомата приводит к отработке исполнительным меха­низмом кинематики механической проводки в одно из крайних положений. Если такой отказ происходит на взлетном режиме, то резко ограничи­ваются маневренные возможности самолета и возникает опасность невы­хода самолета на взлетный угол атаки.

Если отказ происходит в крейсерском режиме, возрастает опасность раскачки самолета. Если отказ происходит при заходе на посадку, возни­кает опасность невыхода самолета на посадочный угол атаки. Поэтому в исполнительном механизме АРУ устанавливаются концевые выключа­тели, обесточивающие автомат при значительных перемещениях выход­ного звена. Радикальным методом, обеспечивающим уменьшение влияния автомата на безопасность полета, является резервирование.